[发明专利]使用光纤开关来减小漂移的绝对测距仪

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年1月30日提交的美国临时专利申请No.61/592,049和于2011年4月15日提交的美国临时申请61/475,703的优先权，这两者的全部内容通过引用合并到本申请中。本申请还要求于2010年8月3日提交的美国专利申请No.12/849,065的优先权，该专利申请要求于2009年8月7日提交的美国临时专利申请No.61/232,222的优先权，这两者的全部内容通过引用合并到本申请中。

背景技术

本公开涉及一种坐标测量设备。一组坐标测量设备属于通过向点发送激光束来测量该点的三维（3D）坐标的一类仪器。该激光束可以直接照射该点，或者照射与该点接触的回射器目标。在任一情况下，该仪器通过测量到该目标的距离和两个角度来确定该点的坐标。该距离使用距离测量设备如绝对测距仪或干涉仪来测量。该角度使用角度测量设备如角编码器来测量。仪器内的万向节式光束转向机构将激光束导向感兴趣的点。

激光跟踪器是一种使用其发出的一个或多个激光束来跟踪回射器目标的特定类型的坐标测量设备。与激光跟踪器密切相关的坐标测量设备是激光扫描器和全站仪。激光扫描器将一个或多个激光束步进到表面上的点。激光扫描器接收从该表面散射的光并且根据该光确定到每个点的距离和两个角度。最常用于勘测应用中的全站仪可以用于测量漫散射或回射的目标的坐标。在下文中，术语激光跟踪器在广义上使用以包括激光扫描器和全站仪。

通常，激光跟踪器向回射器目标发送激光束。一种常见类型的回射器目标为球形安装的回射器（SMR），该球形安装的回射器包括嵌入金属球内的立体角回射器。该立体角回射器包括三个互相垂直的反射镜。顶点，即三个反射镜交叉的公共点，位于球的中心。由于球内立体角的这种放置，即使当SMR旋转时，从顶点到SMR静止在其上的任一表面的垂直距离保持恒定。因此，当SMR在表面移动时，通过跟随SMR的位置，激光跟踪器可以测量表面的3D坐标。换句话说，激光跟踪器仅需要测量3个自由度（一个径向距离和两个角度）就可以完全描述表面的3D坐标。

一种激光跟踪器仅包括干涉仪（IFM）而不包括绝对测距仪（ADM）。如果有物体阻挡了来自这些跟踪器之一的激光束的路径，IFM就失去了其距离参考。在继续该测量之前，操作人员必须将回射器跟踪到已知位置来重置参考距离。绕过这种限制的方法是在跟踪器内放置ADM。如下面更详细描述的，ADM可以以指点并射击方式（point-and-shoot manner）测量距离。一些激光跟踪器仅包括ADM而不包括干涉仪。Bridges等人的美国专利No.7,352,466（‘466）描述了一种能够精确地扫描移动目标的、仅具有ADM（而不具有IFM）的激光跟踪器，其内容通过引用合并到本申请中。在‘466专利以前，绝对测距仪太慢而不能精确地得到移动目标的位置。

激光跟踪器内的万向节机构可以用于将来自跟踪器的激光束导向SMR。由SMR回射的部分光进入激光跟踪器并且传递到位置检测器。激光跟踪器内的控制系统可以利用位置检测器上光的位置来调整激光跟踪器的机械轴的旋转角以使得激光束保持在SMR的中心。这样，跟踪器能够跟随（跟踪）在感兴趣物体的表面上移动的SMR。

角度测量设备如角编码器附接到跟踪器的机械轴。由激光跟踪器执行的一个距离测量和两个角度测量足以完整地指定SMR的三维位置。

若干激光跟踪器可用于或已经被提出用于测量六个自由度而不是普通的三个自由度。示例性六自由度（6-DOF）系统由Bridges等人的美国专利No.7,800,758（‘758）以及Bridges等人的美国已公布专利申请No.2010/0128259描述，上述两个专利的内容通过引用合并到本申请中。

在时间非相干光学系统中，在光学检测器中，光通常不与另一波长的光混合。最简单类型的时间非相干系统使用单个计量通道而没有参考通道。通常，对这样的系统中激光的光功率进行调制。从回射器返回的光击打光学检测器，光学检测器将光转换成具有同一调制频率的电信号。对信号进行电处理以得到从跟踪器到目标的距离。这种类型的系统的主要缺点是电学部件和光学部件的响应随时间的变化可能引起所计算出的距离的抖动和漂移。